基于創新能力過程培養的地方普通高等院校機械設計課程設計教學研究

楊小高　丁德瓊

摘? 要：《機械設計課程設計》是機械專業最后一個重要創新能力培養的實踐性教學環節，關系到地方普通高校人才培養的優劣。該文在《機械設計》課程設計中，通過學生學習生活中發現問題、找到痛點，通過查閱文獻和專利了解現狀、提出利用機械設計專業知識能解決的方案，經過三維軟件進行作品的功能設計、結構設計和三維運動學、動力學分析軟件分析，了解作品的功能并生成二維產品圖紙的過程培養中進行創新能力培養，擬提高學生的綜合素質。

關鍵詞：創新能力? 過程培養? 機械設計

中圖分類號：TH122-4 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）09（c）-0067-02

隨著地方性普通高等院校擴招、合并以及轉型發展，機械專業的學生數量增多。在機械設計課程的教學過程中發現學生素質參差不齊、學習積極性不高，空間想象和動手能力弱，補考、重修比例居高不下的問題突出。如何在“大眾創業，萬眾創新”的時代背景下培養具備扎實的機械設計理論知識和創新能力的人才，已經成為機械設計教學課程過程中迫切需要解決的關鍵問題。

機械設計課程具有理論知識比較抽象，實踐性強，與工程實際結合緊密的特點，創新意識和創新能力的培養不僅在課堂需要學生能夠學到扎實的基礎理論和寬厚的專業知識，而且要經過實踐環節讓學生獲得一定的實踐感知，增強創新意識，激發其創新潛力。為此圍繞機械設計課程的理論的學習和創新能力的培養，國內外教育工作者進行了探索并取得了一定的成果。李平、杜力等研究學者針對《機械原理》《機械設計》實踐教學環節存在的問題，提出以學科競賽促進機械綜合課程設計的改革思路[1]，以增進學科的實踐能力。湯曉明、潘曉紅提出了以課程設計要求為目標，以課程設計階段任務驅動學生完成課程學習的教改模式[2]。宋仲康、崔玉蓮等研究學者依據新的人才培養方案和目標定位，以注重基礎、結合裝備、培養創新為基本思路，提出通過修訂課程標準、完善設計題目、建立課內外一體化教學模式，以提高教學質量的舉措[3]。張敏唐等研究學者主張在《機械設計課程設計》中引入綜合性、系統性的數字化設計理念并進行了教改實踐，以促進學生的設計能力、團隊協作、工程思想與解決問題的能力提升。

通過對相關的研究的分析發現就如何在《機械設計課程設計》的實踐中就如何提高學生的創新能力有了一些思路。如何建立人才培養機制，深化理論知識的學習并將其運用到實際的作品制作和創新設計中，以促進機械創新型應用人才的培養關系到機械專業學生專業素質和國家人才培養戰略的重要環節。該文就機械設計課程的特點，通過場景設置，從選題、構思、方案設計、機械零部件的設計入手，對《機械設計課程設計》如何培養學生運用機械設計課程的理論和實踐知識，分析和解決與機械領域有關的實際問題進行探索，以對學生運用機械專業理論知識開展《機械設計課程設計》專業實踐創新能力的培養。

1? 地方性普通高等院校課程設計培養模式現狀

機械設計課程設計是在《機械原理》《機械設計》兩門機械工程專業主干課程學習后，開設的旨在培養運用桿件、凸輪、齒輪、帶傳動等典型結構及運動規律進行創新設計的實踐課程。從先前由指導教師指定題目，通過修改不同參數進行課程設計的傳統培養模式實踐來看，學生對機械設計的全過程缺乏了解，難以運用基本理論知識進行系統設計，沒有得到工程創新能力和設計能力的培養，這與工程實際需要相差甚遠，達不到《機械設計課程設計》要求。就設計的過程分析，不能達到開設機械專業要求的原因主要有以下幾個方面的因素。

（1）學生方面。

隨著地方性普通高等院校擴招、合并以及轉型發展，機械專業的學生數量增多，學生素質參差不齊、空間想象和動手能力弱。在教師設計課程設計題目，讓學生運用所學課程的理論知識進行設計的過程中，通常表現出學習積極性不高，不主動地學習和查找資料，處于被動的等待和接受狀態，創新思維得不到培養。

（2）傳統的機械課程設計的培養模式。

機械設計課程設計主要就機械系統的傳動裝置（或包含執行部件）進行結構設計，主要就《機械設計》理論課程中的軸、齒輪、帶輪，支撐配合的軸承、鍵的設計和箱體的結構設計。《機械設計》理論課程的重點是傳動裝置的零部件設計的相關理論知識學習，機械設計的課程設計則主要針對該內容的知識運用。在統一題目、統一進度原則下，學生只需要修改參數和傳動部件的類型。根據設計指導書，按照設計步驟，照搬公式，比對模板，學生就能完成《機械設計》的課程設計。從整個設計過程來看，設計題目陳舊單一、與實際工程脫節，缺乏系統訓練，缺少過程培養，系統性不強，起不到創新思維和能力的培養。

2? 《機械設計》課程設計是應用型創新性人才過程培養的重要環節

地方性普通高等院校教學科研資源相對較少，用于課程實驗教學的設備投入相對有限，如何利用有限的教學條件對不同層次的學生在《機械設計》課程設計中進行創新能力的培養，以滿足“中國制造2025”的要求，適應人才市場對創新型應用人才的需要，是地方性普通高等院校迫切需要解決的問題。

《機械設計》課程設計是在專業基礎課程學習后開設的專業核心課程，為此學生在知識結構上具備運用理論力學、材料力學、金屬材料及熱處理、公差與互換性等學科知識進行綜合機械設計的條件。在《機械設計》課程設計的過程中需要學生從學習生活中發現問題、找到痛點，通過查閱文獻和專利了解現狀、提出利用機械設計專業知識能解決的方案，經過三維軟件進行作品的功能設計、結構設計和三維運動學、動力學分析軟件分析，了解作品的功能并生成二維產品圖紙。通過該過程的培養，從而使學生在明白機械專業與學習生活、生產實際的聯系，機械專業各門課程的關系，機械產品的設計過程，讓學生的創新意識和創新能力得到培養，以適應中國發展和人才市場的需求。

在《機械設計》課程設計的教學實踐環節中注重培養大學生的創新設計能力、綜合設計能力與團隊協作精神;加強學生動手能力的培養和工程實踐的訓練，提高學生針對實際需求進行創新思維、設計和制作等實際工作能力，增設《機械設計》課程設計中“創新精神和實踐能力”培養環節等是應用型創新人才過程培養的重要內容。

3? 基于創新能力過程培養的地方普通高等院校機械設計課程設計改革措施

機械設計課程設計是機械設計課程的最后一個重要實踐性教學環節，也是高等工科院校機械類專業學生第一次較全面的設計能力訓練，在培養機械類高級工程技術人才的全局中，對于增強學生對機械技術工作的適應性，培養其開發創新能力的具有非常重要的作用。其目的是：使學生能夠綜合運用機械設計和其他先修課程的知識去分析、解決機械設計問題;學習機械設計的一般方法，掌握常用機械零部件、機械傳動裝置的設計過程，培養正確的設計思想和分析問題、解決問題的能力;通過計算和繪圖，學會運用標準、規范、手冊、圖冊和查閱有關技術資料等，培養機械設計的基本技能。鑒于地方普通高等院校學生素質與師資設施情況，在《機械設計課程設計》實踐教學中進行創新能力的培養過程中，做出以下措施。

（1）開展基于的《機械設計》課程改革，按照創新設計的過程來組織理論知識的學習，將陳述性知識與過程性知識整合、理論知識與實踐知識整合。在教學內容上，以實際應用帶動理論知識學習為主、以適度夠用的概念和原理的理解輔開《機械設計》的教學工作。

（2）選取具有代表性的典型機械、構建與零件的設計與分析貫穿整個教學過程，并且在課程總體設計時，根據學生的認知心理順序和設計工作過程，在整個設計中構建基本學習情境和拓展學習情境兩類學習情境。根據機械設計課程設置基本學習情境和拓展情景供不同學習能力的同學進行選擇。基本學習情境要求每個學生必須完成的，拓展學習情境供學習能力和創新能力強的學生選擇完成。

（3）結合機械創新比賽、學科競賽、3D快速成型技術、慧魚創意組合模型設置機械結構，通過理論知識的運用進行創新能力的培養。

圖1是機械設計創新能力過程培養方案圖。

參考文獻

[1] 李平，杜力，徐元.從學科競賽內涵體系談機械課程設計的改革[J].重慶工商大學學報：自然科學版，2012，29（7）：98-102.

[2] 湯曉明，潘曉紅.“目標引導，任務驅動”下的課程設計與專業課教學同步的教改嘗試——以機械設計基礎課程為例[J].大學教育，2019（1）：58-60.

[3] 宋仲康，崔玉蓮，張炳喜，等.《機械課程設計》課程教改探索[A].中國機械工程學會機械設計分會、全國機械設計教學研究會.2016年第十五屆全國機械設計教學研討會論文集[C].中國機械工程學會機械設計分會、全國機械設計教學研究會：《機械設計》編輯部，2016：3.

[4] 張敏，唐利芹，鹿新建，等.對《機械設計課程設計》的一次數字化教改實踐與分析[J].山東工業技術，2019（15）：234.